iOS - App 与外设间的通信方式

1、前言

• 一般 iOS 开发者做 App 开发大部分时候都是通过 Http(s) 请求跟后台服务器打交道，做一些信息展示和用户交互。很少涉及到去跟外部硬件设备连接的开发。随着近年来车联网和物联网的兴起，智能家居和智能硬件的逐步火热，越来越多的 App 被开发出来，用来跟硬件设备进行来连接，获取硬件相关信息展示或者发送指令控制硬件来提供服务。本文就针对 iOS 的 App 如何跟外部设备进行连接通信这个问题进行讲解。

• 如下图所示，iOS App 连接外设的常用方式可以分为三大类：

  

2、通过网络端口通信

• 建立 Socket 使用 TCP/IP 协议族进行通信，天然支持多通道，想要几个通道就建几个 socket 就行了。

• 关于如何使用 Socket 进行 TCP、UDP，推荐 github 上的开源项目 CocoaAsyncSocket。

• 通过网络端口通信主要有三种方式：Wi-Fi 连接、USB 热点共享连接、NCM 连接。

2.1 Wi-Fi 连接

• 优点是：简单，不需要集成 MFi 芯片，只要对应的硬件有无线网卡，然后手机和硬件连接到同一个局域网中就可以使用 socket 通过网络协议通信了。

• 缺点也很明显：
  • 无线连接信号容易受到干扰，不太稳定，容易断开。
  • 如果硬件使用的场合没有公共 wifi，就需要手机自建热点共享，硬件进行热点接入，操作步骤较多，对用户来说学习使用成本较高，并且热点共享要求手机本身的数据移动网络是稳定的，在没有移动数据网络信号的地方，热点无法建立。

2.2 USB 热点共享连接

• 这个其实跟 Wi-Fi 中的热点共享非常类似，也不需要集成 MFI 芯片，区别就是 USB 线共享热点，走的是有线，不容易受到干扰，更稳定，而且 iPhone 可以边使用边充电；

• 缺点也是操作步骤比较复杂，需要先打开个人热点共享。

2.3 NCM 连接

• 就是把 USB 端口虚拟成标准的网络端口，然后手机和外设就能通过有线网络直连了，可以理解成手机和外设通过一跟网线连起来了，然后就可以用 socket 通过 TCP，UDP 进行通信了。

• 它的优点是：有线连接，非常稳定，带宽足够；也不依赖移动网络信号。

• 但是它的缺点就是：需要集成 MFi 芯片并进行 MFi 认证，有一定门槛。更变态的是这么好的一种方式，苹果只允许它自己的 CarPlay 使用，如果硬件使用 NCM 跟其他 App 通信，是不能通过 MFi 认证的。

3、通过 EAP 方式通信

• EAP 全拼是 External Accessory Protocol，外部设备协议。这个是苹果推荐使用的外设连接方式。需要外设集成 MFi 芯片进行 MFi 认证。

• 手机端开发相对简单，只要集成 iOS 系统提供的一个框架 ExternalAccessory.framework，并且在 info.plist 中配置好协议字符串（Supported external accessory protocols）。

• 当 iOS 设备通过 USB 线或者蓝牙连接到对应硬件时，iOS 系统会把符合 MFi 认证要求的外设抽象成了一个流对象，App 通过指定的协议字符串来创建一个 EASession 类的实例来访问到该流对象，就能通过 NSInputStream 和 NSOutputStream 跟硬件件进行通信了。

• 它有两种模式，一种是叫 EASession 的模式，它带宽相对较低，但是允许同时通过多个协议字符串创建多个会话，也就是说直接支持多个通道；另外一种是 Native Transport 的模式，这种模式的优点是带宽足够大，理论值是 100MB 以上，但是不支持多通道，如果业务层需要支持多数据通道的话需要 App 自己进行通道的复用与拆分，并且 Native Transport 需要 iPhone 工作在 USB host 模式，硬件需要支持 USB 模式切换。

• 关于如何使用 EAP 跟外部设备进行通信，可以参考苹果官方的 demo 进行入门和学习。

4、通过 BLE 方式通信

• BLE 即低功耗蓝牙，是 iOS7.0 以后才支持的连接方式。

• 它的优点是不需要集成 MFi 芯片做认证，功耗低。手机端开发也相对简单，集成 iOS 系统提供的 CoreBluetooth.framework 就行。缺点是：带宽很低，一般适合于只需要传输少量数据的场景。比如前两年非常火爆的各种所谓智能硬件，像智能水杯，智能体重计，运动手环等，都是采用这种连接方式。

• 关于 BLE 的具体使用见 iOS - Bluetooth 蓝牙。